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硅碳棒涂层体系的设计
    硅碳棒材料的硅碳棒涂层选择要从硅碳棒涂层本身的抗氧化性、氧扩散系数以及热膨胀匹配等几方面因素考虑。氧扩散系数因素通常情况下,致密硅碳棒涂层中的物相高温下氧扩散率越小,越能有效的阻止氧在硅碳棒涂层中的扩散,因此,应尽量选择高温下氧扩散系数小的原料或者在高温下能自身生成低氧扩散率物质的材料做为硅碳棒涂层材料,以防止基体的快速氧化。图2.1和2.2显示:高温下si02.A1203.BeO.Ti02、莫来石等物质氧扩散率相对较低,因此可以选择它们或者能够在高温下生成此类物质以及它们之间的复合物作为硅碳棒涂层的备选材料。热膨胀产生的应力是影响基体与硅碳棒涂层结合强度以及硅碳棒涂层开裂的最主要因素之一。一般认为,两种材料的膨胀系数差大于两个单位(士2X10-60Cn)所产生的应力将是不可接受的。选择与硅碳棒基材料热膨胀系数尽可能匹配的硅碳棒涂层材料,可以在很大程度上减缓应力影响,提高硅碳棒涂层寿命。在任意特定温度下,材料的线膨胀系数(a)和体膨胀系数(p)可以分别定义为:一般情况,膨胀系数是温度的函数,热膨胀数据都是指在一定温度范围内的热膨胀系数的平均值,即:绝大多数晶体随温度升高趋于变得对称,体积增大。体积随温度增大的速率主要取决于原子围绕一平均位置振动时振幅的加大情况。热膨胀系数与物质内原子间的斥力、引力大小及原子间的键能大小直接相关,具有强键能的材料热膨胀系数一般比较小,反之亦然。因此,高熔点物质一般具有较小的热膨胀系数,对于紧密堆积结构,如金属键和离子键结合的材料,每个原子的振幅累积起来将使整个部件发生比较大的膨胀。对于共价键材料,各原子的振幅中,有一些被结构内的空隙和键角的改变所吸收,因此材料的膨胀系数小。表2.1和图2.3是一些常用陶瓷及玻璃材料的平均线膨胀系数,从中可以看出:莫来石、粘土耐火材料、ZrS04等物质的热膨胀系数与硅碳棒材料的热膨胀系数较为接近。www.sdzygw.com
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